KR101564374B1 - Method of preparing artificial graphite negative electrode material for rechargeable lithium battery and artificial graphite negative electrode material for rechargeable lithium battery prepared from the same - Google Patents

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Abstract

코크스 및 미세 입자를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계, 상기 혼합물을 제1 열처리하여 탄화물을 얻는 단계, 그리고 상기 탄화물을 제2 열처리하여 흑연화물을 얻는 단계를 포함하고, 상기 미세 입자는 금속 산화물, 금속 수산화물 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 금속은 Ti, Ni, Al, Si, W 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재가 제공된다.A step of mixing the coke and the fine particles to obtain a mixture, a first heat treatment to obtain a carbide, and a second heat treatment of the carbide to obtain graphite, wherein the fine particle is a metal oxide, a metal hydroxide Or a combination thereof, wherein the metal comprises Ti, Ni, Al, Si, W or a combination thereof, and a process for producing an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery and an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery produced from the method .

Description

리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재{METHOD OF PREPARING ARTIFICIAL GRAPHITE NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND ARTIFICIAL GRAPHITE NEGATIVE ELECTRODE MATERIAL FOR RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY PREPARED FROM THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery and an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery produced therefrom. 2. Description of the Related Art Artificial graphite anode materials for a lithium secondary battery,

리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재에 관한 것이다.
To a process for producing an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery and an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery produced therefrom.

최근 들어 리튬 이차 전지는 스마트폰의 유행으로 인한 IT 모바일 시장에서 용량 증가와 HEV(hybrid electric vehicle) 및 ESS(energy storage system) 분야에 있어서 전지의 충방전 속도가 중요시됨에 따라, 음극재의 고입출력 특성에 대한 수요가 높다. 그에 따라 고용량, 고출력, 높은 에너지밀도, 높은 방전전압, 출력 안정성 등의 다양한 요구에 부응할 수 있는 리튬 이차 전지용 음극재에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. Recently, lithium rechargeable batteries have become increasingly important in the IT mobile market due to the trend of smart phones and charge / discharge speed of batteries in HEV (hybrid electric vehicle) and ESS (energy storage system) Demand is high. Accordingly, there have been many studies on an anode material for a lithium secondary battery capable of meeting various demands such as high capacity, high output, high energy density, high discharge voltage, and output stability.

종래에는 주로 리튬 이차 전지의 음극 활물질로 구조 및 전기적 성질을 유지하면서 가역적으로 이온을 받아들이거나 배출하며, 전기화학적 전위(electrochemical potential)가 금속 리튬과 유사한 정도로 낮은 탄소계 및 흑연계 물질들이 주로 사용되어 왔다. In the past, mainly carbon-based and graphite-based materials having an electrochemical potential as low as that of metal lithium were used mainly while reversibly receiving and discharging ions while maintaining their structural and electrical properties with a negative electrode active material of a lithium secondary battery come.

특히 인조흑연의 경우 방전 용량은 300 내지 330 mAh/g 수준으로 천연흑연의 360 mAh/g 수준보다 열위하다. 또한 인조흑연은 석탄계 또는 석유계 코크스를 2500℃ 이상의 열처리를 통해 제조되기 때문에 제조 원가 측면에서 천연흑연에 비해 열위하다. 반면, 천연흑연의 경우, 구상화된 천연흑연의 표면 탄소 코팅품이 일반적으로 적용되고 있으며, 수명 특성이 천연흑연에 비해 열위하다. 또한 인조흑연의 경우, 상대적으로 치밀한 입자의 내부 구조로 인해 고밀도 전극의 제조가 어렵고, 천연흑연 표면 코팅품의 경우, 고밀도 전극 제조 시, 입자의 표면 코팅 구조가 파괴되어 입자 내부에 존재하는 미코팅된 흑연의 엣지(edge)면이 노출되어 수명 특성의 열화가 진행되는 경향을 나타낸다.
Especially for artificial graphite, the discharge capacity is 300 to 330 mAh / g, which is lower than 360 mAh / g of natural graphite. In addition, artificial graphite is inferior to natural graphite in terms of manufacturing cost since coal or petroleum coke is produced through heat treatment at 2500 ° C. or higher. On the other hand, in the case of natural graphite, surface carbon coatings of spheroidized natural graphite are generally applied, and their lifetime characteristics are lower than those of natural graphite. Also, in the case of artificial graphite, it is difficult to manufacture a high-density electrode due to the internal structure of the relatively dense particles. In the case of the natural graphite surface-coated product, the surface coating structure of the particles is broken during the production of the high- The edge of the graphite is exposed and the deterioration of the life characteristics tends to proceed.

일 구현예는 고용량을 확보하면서도 제조 공정 비용이 감소되는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing artificial graphite anode material for a lithium secondary battery, which has a high capacity and a reduced manufacturing process cost.

다른 일 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법으로부터 제조된 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재를 제공하기 위한 것이다.
Another embodiment is to provide an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery produced from the method for producing artificial graphite anode material for a lithium secondary battery.

일 구현예는 코크스 및 미세 입자를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계; 상기 혼합물을 제1 열처리하여 탄화물을 얻는 단계; 및 상기 탄화물을 제2 열처리하여 흑연화물을 얻는 단계를 포함하고, 상기 미세 입자는 금속 산화물, 금속 수산화물 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 금속은 Ti, Ni, Al, Si, W 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법을 제공한다. One embodiment includes mixing coke and fine particles to obtain a mixture; Subjecting the mixture to a first heat treatment to obtain a carbide; And a second heat treatment of the carbide to obtain graphite, wherein the fine particles include a metal oxide, a metal hydroxide, or a combination thereof, and the metal is selected from the group consisting of Ti, Ni, Al, Si, W, The present invention also provides a method for producing an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery.

상기 코크스는 회분(ash)을 0.01 중량% 미만으로 포함하는 침상코크스를 포함함할 수 있다.The coke may comprise an acicular coke containing less than 0.01% by weight of ash.

상기 코크스의 평균입경(D50)은 1 내지 15 ㎛ 일 수 있다.The average particle diameter (D50) of the coke may be 1 to 15 mu m.

상기 미세 입자의 평균입경(D50)은 1 내지 45 ㎛ 일 수 있다. The average particle size (D50) of the fine particles may be 1 to 45 mu m.

상기 미세 입자는 Ti2O3, TiO2, TiO(OH)2, NiO, Ni2O3, NiOOH, Ni(OH)2, 커런덤(corundum)(Al2O3), 다이어스포어(diaspore)(α-AlO(OH)), 베마이트(boehmite)(γ-AlO(OH)), 아크알라아이트(akdalaite)(5Al2O3·H2O), 깁사이트(gibbsite)(γ-Al(OH)3 + α-Al(OH)3), 바이어라이트(bayerite)(α-Al(OH)3 + β-Al(OH)3), SiO2, Si(OH)4, Si2O(OH)6, Si3O2(OH)8, Si4O3(OH)10, WO2 , WO3 , H2WO4 , (NH4)10[H2W12O42]·4H2O 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The fine particles may be selected from the group consisting of Ti 2 O 3 , TiO 2 , TiO (OH) 2 , NiO, Ni 2 O 3 , NiOOH, Ni (OH) 2 , corundum (Al 2 O 3 ), diaspore α-AlO (OH)), boehmite (boehmite) (γ-AlO ( OH)), arc Ala child agent (akdalaite) (5Al 2 O 3 · H 2 O), gibbsite (gibbsite) (γ-Al ( OH) 3 + α-Al ( OH) 3), via light (bayerite) (α-Al ( OH) 3 + β-Al (OH) 3), SiO 2, Si (OH) 4, Si 2 O (OH ) 6, Si 3 O 2 ( OH) 8, Si 4 O 3 (OH) 10, WO 2, WO 3, H 2 WO 4, (NH 4) 10 [H 2 W 12 O 42] · 4H 2 O or And combinations of these.

상기 미세 입자는 상기 코크스 및 상기 미세 입자에 함유된 금속 원소의 원자비가 100:1 내지 100:30이 되도록 혼합될 수 있다. The fine particles may be mixed so that the atomic ratio of the metal element contained in the coke and the fine particles is 100: 1 to 100: 30.

상기 혼합물은 바인더 핏치를 더 혼합하여 얻어질 수 있고, 상기 바인더 핏치는 40 내지 250 ℃의 연화점을 가지고, 퀴놀린 불용분이 0.1 내지 5 중량% 함유된 것일 수 있다. The mixture may be obtained by further mixing a binder pitch, and the binder pitch may have a softening point of 40 to 250 DEG C and a quinoline insoluble content of 0.1 to 5 wt%.

상기 바인더 핏치는 상기 코크스 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 혼합될 수 있다. The binder pitch may be 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the coke.

상기 혼합물을 제1 열처리하기 전, 상기 혼합물을 성형하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include molding the mixture before the first heat treatment.

상기 제1 열처리는 800 내지 1500 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. The first heat treatment may be performed at a temperature of 800 to 1500 ° C.

상기 제2 열처리는 2500 내지 2800 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. The second heat treatment may be performed at a temperature of 2500 to 2800 ° C.

상기 흑연화물을 얻은 이후, 상기 흑연화물을 분쇄하여 분쇄물을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다. And after obtaining the graphite, grinding the graphite to obtain a pulverized product.

상기 분쇄물의 입경은 7 내지 50 ㎛ 일 수 있다. The particle size of the pulverized product may be 7 to 50 탆.

다른 일 구현예는 상기 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법으로 제조된 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재를 제공한다.Another embodiment provides an artificial graphite anode material for a lithium secondary battery produced by the method for manufacturing artificial graphite anode material for a lithium secondary battery.

상기 인조흑연 음극재의 결정면의 간격 d002는 3.354 내지 3.365 Å 일 수 있고, 격자상수 Lc는 200 내지 1000 Å 일 수 있고, 격자상수 La는 700 내지 2000 Å 일 수 있다.The spacing d002 of the crystal faces of the artificial graphite anode material may be 3.354 to 3.365 angstroms, the lattice constant Lc may be 200 to 1000 angstroms, and the lattice constant La may be 700 to 2000 angstroms.

기타 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description below.

낮은 제조 비용으로 고용량의 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재를 제조할 수 있다.
A high-capacity artificial graphite anode material for a lithium secondary battery can be manufactured at a low manufacturing cost.

도 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 침상코크스 괴상의 외관을 나타내는 사진이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 침상코크스의 편광현미경 사진으로서, 각각 200 배율 및 500 배율로 확대한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예 1에 따른 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 각각 5,000 배율 및 10,000 배율로 확대한 사진이다.
Fig. 1 is a photograph showing the appearance of the acicular coke masses used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Fig.
Figs. 2A and 2B are photographs of a polarizing microscope of the needle-shaped coke used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, respectively, at magnifications of 200 magnifications and 500 magnifications.
FIGS. 3A and 3B are scanning electron microscope (SEM) photographs of artificial graphite anode materials for a lithium secondary battery according to Example 1 at magnifications of 5,000 and 10,000, respectively. FIG.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.  다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

일반적으로 리튬 이차 전지용 음극재로 사용하는 인조흑연은 주로 석탄계 핏치 또는 석유계 핏치를 탄화 공정 및 흑연화 공정을 거쳐 제조된 것을 사용하고 있다. 이때 흑연화 촉매로 금속카바이드를 사용하기도 하는데, 이러한 촉매의 사용에도 불구하고 전지의 적용을 위한 상업화 공정에서는 3000℃ 정도의 고온에서 흑연화를 진행해야 340 mAh/g 이상의 방전 용량이 발현될 수 있다. 이러한 고온 열처리 공정은 제조 비용의 상승을 초래하여 인조흑연의 적용 시장이 제한되는 문제를 초래할 수 있다.Artificial graphite, which is generally used as an anode material for a lithium secondary battery, is mainly produced by a coal-based pitch or a petroleum-based pitch produced through a carbonization process and a graphitization process. In this case, metal carbide is used as a graphitization catalyst. Despite the use of such a catalyst, graphitization at a high temperature of about 3000 ° C. is required to achieve a discharge capacity of 340 mAh / g or more in a commercialization process for application of a battery . Such a high-temperature heat treatment process may lead to an increase in manufacturing cost and thus a problem that the application market of artificial graphite is limited.

또한 상기 금속카바이드는 그 분체의 입경이 보통 20㎛ 이상으로 크다. 이들의 미분화는 분쇄 공정을 통해 달성할 수 있으나, 분쇄 수율이 낮기 때문에 상업적으로 적용이 어렵다. 이와 같이 큰 입경을 가지는 촉매를 사용할 경우 촉매 흑연화 반응을 진행하기 위한 코크스와의 접촉면적이 상대적으로 작기 때문에, 촉매 흑연화에 기인하여 형성되는 흑연의 비율이 상대적으로 적어지게 되며, 이에 따라 촉매 사용량이 증가하게 된다.Also, the metal carbide has a particle size of usually 20 mu m or more. Their micronization can be achieved through a pulverization process, but it is difficult to apply them commercially because the pulverization yield is low. When the catalyst having such a large particle size is used, the contact area with the coke for progressing the catalytic graphitization reaction is relatively small, so that the proportion of graphite formed due to the catalytic graphitization is relatively decreased, The usage amount is increased.

일 구현예에서는 미세 입자로서 금속 산화물 또는 금속 수산화물을 촉매로 사용함으로써 낮은 흑연화 온도에서도 또한 적은 사용량으로도 높은 흑연화도를 가지는 인조흑연을 확보할 수 있다. 이에 따라 낮은 제조 비용으로도 고용량의 인조흑연 음극재를 제조할 수 있다.In one embodiment, artificial graphite having a high degree of graphitization can be obtained even at a low graphitization temperature and a small amount of use by using a metal oxide or metal hydroxide as a fine particle as a catalyst. Thus, a high-capacity artificial graphite anode material can be produced even at a low manufacturing cost.

구체적으로, 일 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재는 코크스 및 미세 입자를 혼합하여 혼합물을 얻은 다음, 상기 혼합물을 제1 열처리하여 탄화물을 얻은 후, 상기 탄화물을 제2 열처리하여 흑연화물을 얻음으로써 제조될 수 있다. 이때 상기 미세 입자는 금속 산화물, 금속 수산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 상기 미세 입자에 사용되는 금속은 Ti, Ni, Al, Si, W 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Specifically, the artificial graphite anode material for a lithium secondary battery according to an embodiment is obtained by mixing a coke and fine particles to obtain a mixture, subjecting the mixture to a first heat treatment to obtain a carbide, and then subjecting the carbide to a second heat treatment to obtain graphite . ≪ / RTI > The fine particles may include a metal oxide, a metal hydroxide, or a combination thereof. The metal used for the fine particles may include Ti, Ni, Al, Si, W, or a combination thereof.

상기 코크스는 구체적으로 침상코크스 등 일 수 있다. 상기 침상코크스는 석탄의 건류 공정 중 발생되는 석탄계 콜타르 또는 석유계 잔사유의 정제 공정을 통해 불순물 및 분자량과 구조 배향도가 제어되고 이후 코킹 공정을 거쳐 얻어질 수 있다. 상기 침상코크스는 이방성 조직을 가진 코크스이며, 등방성 조직을 가진 등방코크스와는 구분된다.The coke may be specifically an acicular coke or the like. The needle-like coke can be obtained by controlling the impurities, the molecular weight and the degree of structural orientation through the purification process of the coal-based coal tar or the petroleum residual oil generated during the coal drying process and then through the caulking process. The acicular coke is a coke having an anisotropic texture and is distinguishable from an isotropic coke having an isotropic structure.

상기 침상코크스는 회분(ash)을 0.01 중량% 미만으로 포함하며, 휘발 물질을 0.5 중량% 정도 포함하고 있으며, 고정 탄소가 99 중량% 이상 함유되어 있다.The acicular coke contains ash in an amount of less than 0.01% by weight, volatile matter in an amount of 0.5% by weight, and fixed carbon in an amount of 99% by weight or more.

상기 코크스는 분쇄를 통해 1 내지 15 ㎛의 평균입경(D50), 구체적으로는 3 내지 7 ㎛의 평균입경(D50)을 가진 것을 사용할 수 있다. 상기 코크스의 평균입경(D50)이 상기 범위 내일 경우 성형체 제조 시 바인더 핏치를 최소량 사용할 수 있으며 과도한 성형 압력의 필요 없이 고밀도의 성형체를 제조할 수 있다. The coke may be pulverized to have an average particle diameter (D50) of 1 to 15 mu m, specifically, an average particle diameter (D50) of 3 to 7 mu m. When the average particle diameter (D50) of the coke is within the above range, the binder pitch can be used in a minimum amount in the production of a molded article, and a high-density molded article can be produced without requiring an excessive molding pressure.

상기 미세 입자는 상기 코크스와 함께 혼합될 경우 낮은 흑연화 온도에서도 흑연화도가 증가됨에 따라 낮은 제조 비용으로 고용량의 인조흑연 음극재를 확보할 수 있다.When the fine particles are mixed together with the coke, the graphitization degree is increased even at a low graphitization temperature, so that a high-capacity artificial graphite anode material can be obtained at a low production cost.

상기 미세 입자의 평균입경(D50)은 1 내지 45 ㎛ 일 수 있고, 구체적으로는 1 내지 5 ㎛ 일 수 있다. 상기 미세 입자가 상기 범위 내의 작은 입경을 가질 경우 상기 코크스와의 접촉면적이 커서 촉매 흑연화에 기인하여 형성되는 흑연의 비율이 커짐에 따라 높은 흑연화도를 가질 수 있다. The average particle size (D50) of the fine particles may be 1 to 45 탆, and may be 1 to 5 탆. When the fine particles have a small particle size within the above range, the contact area with the coke is large, so that a high degree of graphitization can be obtained as the ratio of graphite formed due to catalyst graphitization increases.

상기 미세 입자는 구체적으로 NiO, Ni2O3, NiOOH, Ni(OH)2, 커런덤(corundum)(Al2O3), 다이어스포어(diaspore)(α-AlO(OH)), 베마이트(boehmite)(γ-AlO(OH)), 아크알라아이트(akdalaite)(5Al2O3·H2O), 깁사이트(gibbsite)(γ-Al(OH)3 + α-Al(OH)3), 바이어라이트(bayerite)(α-Al(OH)3 + β-Al(OH)3), Ti2O3, TiO2, TiO(OH)2, SiO2, Si(OH)4, Si2O(OH)6, Si3O2(OH)8, Si4O3(OH)10, WO2 , WO3 , H2WO4 , (NH4)10[H2W12O42]·4H2O 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The fine particles may be specifically NiO, Ni 2 O 3 , NiOOH, Ni (OH) 2 , corundum (Al 2 O 3 ), diaspore (α-AlO (OH)), boehmite ) (γ-AlO (OH) ), arc Ala child agent (akdalaite) (5Al 2 O 3 · H 2 O), gibbsite (gibbsite) (γ-Al ( OH) 3 + α-Al (OH) 3) , via light (bayerite) (α-Al ( OH) 3 + β-Al (OH) 3), Ti 2 O 3, TiO 2, TiO (OH) 2, SiO 2, Si (OH) 4, Si 2 O (OH) 6, Si 3 O 2 (OH) 8, Si 4 O 3 (OH) 10, WO 2, WO 3, H 2 WO 4, (NH 4) 10 [H 2 W 12 O 42] · 4H 2 O, or a combination thereof.

상기 미세 입자는 상기 코크스 및 상기 미세 입자에 함유된 금속 원소의 원자비가 100:1 내지 100:30이 되도록 혼합될 수 있고, 구체적으로는 100:2 내지 100:10이 되도록 혼합될 수 있다. 상기 미세 입자를 상기 함량 범위 내로 적은 함량으로 사용하더라도 흑연화도가 증가함에 따라 고용량의 인조흑연 음극재를 얻을 수 있다. The fine particles may be mixed so that the atomic ratio of the metal element contained in the coke and the fine particles is 100: 1 to 100: 30, and specifically 100: 2 to 100: 10. Even if the fine particles are used in a small amount within the above content range, a high-capacity artificial graphite anode material can be obtained as the degree of graphitization is increased.

상기 코크스와 상기 미세 입자의 혼합 시, 이들의 바인더 역할을 하는 바인더 핏치를 함께 혼합할 수 있다.When the coke and the fine particles are mixed, the binder pitch serving as the binder may be mixed together.

상기 바인더 핏치는 석탄계 콜타르 또는 석유계 잔사유를 정제 및 중합하여 제조된 핏치일 수 있다. 또한 상기 바인더 핏치는 40 내지 250 ℃의 연화점을 가질 수 있고, 퀴놀린 불용분이 0.1 내지 5 중량% 함유된 것일 수 있다.The binder pitch may be a pitch produced by purifying and polymerizing coal-based coal tar or petroleum residual oil. The binder pitch may have a softening point of 40 to 250 ° C, and may contain 0.1 to 5% by weight of a quinoline insoluble matter.

상기 혼합 공정은 액상 혼합, 건식 혼합 등 모두 가능하다.The mixing step may be performed by liquid phase mixing, dry mixing or the like.

상기 바인더 핏치는 상기 코크스 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 혼합될 수 있고, 구체적으로는 25 내지 35 중량부로 혼합될 수 있다. 상기 바인더 핏치가 상기 함량 범위 내로 혼합되는 경우 코크스, 미세 입자 및 바인더의 혼합물을 활용한 성형체의 밀도를 높일 수 있고, 적정 사용량을 통해 최종적으로 제조된 음극재의 용량 저하를 최소화 할 수 있다. 이는 핏치로부터 기인된 탄소의 흑연화된 부분의 용량이 300mAh/g 이하의 수준으로 낮기 때문이다. The binder pitch may be 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the coke, and specifically 25 to 35 parts by weight. When the binder pitch is mixed within the above content range, the density of the molded body using the mixture of coke, fine particles, and binder can be increased, and the capacity drop of the finally manufactured negative electrode material can be minimized through proper usage. This is because the capacity of the graphitized part of the carbon resulting from the pitch is as low as 300 mAh / g or less.

다음으로, 상기 혼합물의 열처리를 통한 탄화 공정 이전에, 상기 혼합물의 성형 공정을 진행할 수도 있다.Next, the molding process of the mixture may be performed before the carbonization process by heat treatment of the mixture.

구체적으로, 상기 혼합물을 성형 몰드(mold)에 충진한 후, 프레스(press) 공정을 통해 성형체를 제조할 수 있다. 이때 몰딩(molding) 압력은 100 내지 250 MPa 일 수 있고, 구체적으로는 150 내지 200 MPa 일 수 있다. 상기 몰딩 압력이 상기 범위 내일 경우 밀도 1.4g/cc 이상의 성형체를 제조하기 용이하며 크랙 발생이 없는 높은 강도의 성형체를 확보할 수 있다. Specifically, after the mixture is filled in a mold, a molded body can be manufactured through a press process. In this case, the molding pressure may be 100 to 250 MPa, and in particular 150 to 200 MPa. When the molding pressure is within the above range, it is easy to produce a molded body having a density of 1.4 g / cc or more and a molded body of high strength without cracks can be secured.

상기 성형 공정은 1축 압축 성형, 냉간 정수압 성형, 압출성형 등의 방법으로 수행될 수 있다.The molding step may be performed by a method such as uniaxial compression molding, cold isostatic pressing, extrusion molding, or the like.

다음으로, 상기 혼합물, 또는 상기 혼합물의 성형체를 제1 열처리하여 탄화시키는 탄화 공정이 진행될 수 있다.Next, a carbonization process may be performed to carbonize the mixture or the mixture of the mixture by a first heat treatment.

상기 제1 열처리는 800 내지 1500 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 구체적으로는 900 내지 1300 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 탄화를 위한 열처리가 상기 온도 범위 내에서 수행되는 경우 고정탄소의 함량이 높으며 이후 흑연화 공정에서 발생되는 승화 성분의 양이 적어질 수 있어서 바람직하다. 또한 상기 온도 범위 내에서 열처리를 수행할 경우 그 이상의 고온에서 열처리 시 필요한 고온 발열체를 갖춘 설비를 수반할 필요가 없다. The first heat treatment may be performed at a temperature of 800 to 1500 ° C, and more specifically, at a temperature of 900 to 1300 ° C. When the heat treatment for carbonization is performed within the temperature range, the amount of the fixed carbon is high and the amount of the sublimation component generated in the graphitization process can be reduced, which is preferable. In addition, when the heat treatment is performed within the above-mentioned temperature range, it is not necessary to include a facility equipped with a high temperature heating element required for heat treatment at a higher temperature.

상기 제1 열처리는 질소, 아르곤, 수소, 헬륨 또는 이들의 혼합 가스를 포함하는 분위기, 또는 진공 하에서 수행될 수 있다. The first heat treatment may be performed in an atmosphere containing nitrogen, argon, hydrogen, helium or a mixed gas thereof, or under a vacuum.

다음으로, 상기 탄화 공정으로 얻어진 탄화물을 제2 열처리하여 흑연화시키는 흑연화 공정이 진행될 수 있다.Next, the graphitization process for graphitizing the carbide obtained by the carbonization process by the second heat treatment may be performed.

상기 흑연화 공정은 독일 Linn社(LINN HIGH THERM GMBH)의 유도가열방식로에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유도가열방식로에서 수행할 경우 2800℃까지 승온하는데 30분 내지 1시간 정도가 소요된다. The graphitization process may be performed in an induction heating system of Linn HIGH THERM GMBH, Germany, but is not limited thereto. In the induction heating method, it takes 30 minutes to 1 hour to increase the temperature to 2800 ° C.

상기 제2 열처리는 2500 내지 2800 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 구체적으로는 2500 내지 2700 ℃의 온도에서 수행될 수 있고, 더욱 구체적으로는 2500 내지 2600 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 흑연화를 위한 열처리가 상기 온도 범위 내에서 수행되는 경우 고용량의 인조흑연을 제조할 수 있고, 이에 따라 고온 열처리 공정으로 인한 높은 제조 비용을 절감할 수 있다.The second heat treatment may be performed at a temperature of 2500 to 2800 ° C, specifically, at a temperature of 2500 to 2700 ° C, and more specifically, at a temperature of 2500 to 2600 ° C. When the heat treatment for graphitization is carried out within the above-mentioned temperature range, a high-capacity artificial graphite can be produced, thereby reducing the high manufacturing cost due to the high-temperature heat treatment process.

상기 제2 열처리는 질소, 아르곤, 수소, 헬륨 또는 이들의 혼합 가스를 포함하는 분위기, 또는 진공 하에서 수행될 수 있다. The second heat treatment may be performed in an atmosphere containing nitrogen, argon, hydrogen, helium or a mixed gas thereof, or under a vacuum.

상기 흑연화 공정을 통해 얻어진 흑연화물을 분쇄하여 7 내지 50 ㎛의 평균입경(D50)을 가진, 구체적으로 10 내지 30 ㎛의 평균입경(D50)을 가진 분쇄물을 얻을 수 있다. 상기 범위 내의 평균입경(D50)을 가진 흑연화물의 분쇄물을 음극재로 사용할 경우 적절한 전극 밀도를 구현할 수 있고, 미분 발생량이 적어 전해액과의 부반응이 줄어들어 높은 충방전 효율과 우수한 출력 특성을 유지할 수 있다.The graphite obtained through the graphitization step is pulverized to obtain a pulverized product having an average particle size (D50) of 7 to 50 mu m, specifically, an average particle size (D50) of 10 to 30 mu m. When a crushed product of graphite having an average particle size (D50) within the above range is used as an anode material, a proper electrode density can be realized and a side reaction with the electrolyte can be reduced due to a small amount of the generated fine powder, have.

상기 분쇄는 핀밀(pin mill), 제트밀(jet mill) 등의 방법으로 수행될 수 있다.The pulverization may be performed by a pin mill, a jet mill or the like.

전술한 제조 방법에 의해 제조된 인조흑연 음극재는 탄소의 결정화도가 증가되어 높은 흑연화도를 가질 수 있다. 구체적으로, XRD 분석에서 결정면의 간격을 나타내는 d002는 3.354 내지 3.365 Å 일 수 있고, 구체적으로는 3.357 내지 3.365 Å 일 수 있다. 또한 XRD 분석에서 격자상수 LC는 200 내지 1000 Å 일 수 있고, 구체적으로는 300 내지 700 Å 일 수 있다. 또한 XRD 분석에서 격자상수 La는 700 내지 2000 Å 일 수 있고, 구체적으로는 800 내지 1800 Å 일 수 있다. 상기 d002 값이 상기 범위 내의 작은 값을 가질 경우, 또한 상기 Lc 및 La 값이 상기 범위 내의 큰 값을 가질 경우, 높은 흑연화도를 나타낼 수 있다. The artificial graphite anode material produced by the above-described production method can have a high degree of graphitization by increasing the degree of crystallization of carbon. Specifically, in the XRD analysis, d002 representing the interval of crystal planes may be 3.354 to 3.365 angstroms, specifically, 3.357 to 3.365 angstroms. Also, in the XRD analysis, the lattice constant L C can be 200 to 1000 Å, specifically 300 to 700 Å. Also, in the XRD analysis, the lattice constant La may be 700 to 2000 Å, and more specifically 800 to 1800 Å. When the value of d002 has a small value within the range, and when the values of Lc and La have a large value within the range, a high degree of graphitization may be exhibited.

전술한 인조흑연 음극재는 고용량을 확보할 수 있으며, 이에 따라 리튬 이차 전지에 유용하게 사용될 수 있다. The artificial graphite anode material described above can secure a high capacity, and thus can be usefully used in a lithium secondary battery.

상기 리튬 이차 전지는 양극, 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체를 포함한다. 상기 전극 조립체는 전지 용기에 수납되어 전해액을 함침하고 있으며, 상기 전지 용기를 밀봉하는 밀봉 부재를 포함한다.The lithium secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode. The electrode assembly includes a sealing member that is housed in a battery container, impregnates the electrolyte, and seals the battery container.

상기 음극은 전술한 인조흑연 음극재, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 음극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이를 구리 등의 음극 집전체에 도포하여 제조될 수 있다.The negative electrode may be prepared by preparing a composition for forming a negative electrode active material layer by mixing the above artificial graphite negative electrode material, a binder and optionally a conductive material, and then applying the composition to an anode current collector such as copper.

상기 바인더로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스/스티렌-부타디엔러버, 히드록시프로필렌셀룰로오스, 디아세틸렌셀룰로오스, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose / styrene-butadiene rubber, hydroxypropylene cellulose, diacetylene cellulose, polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene Polypropylene and the like can be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 바인더는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물의 총량에 대하여 1 내지 30 중량%로 혼합될 수 있다.The binder may be mixed in an amount of 1 to 30% by weight based on the total amount of the composition for forming the negative electrode active material layer.

상기 도전재로는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로는 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and specifically includes graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 도전재는 상기 음극 활물질층 형성용 조성물의 총량에 대하여 0.1 내지 30 중량%로 혼합될 수 있다.The conductive material may be mixed in an amount of 0.1 to 30% by weight based on the total amount of the composition for forming the anode active material layer.

상기 양극은 양극 활물질, 바인더 및 선택적으로 도전재를 혼합하여 양극 활물질층 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 알루미늄 등의 양극 집전체에 도포하여 제조할 수 있다.The positive electrode may be prepared by mixing a positive electrode active material, a binder and optionally a conductive material to prepare a composition for forming a positive electrode active material layer, and then applying the composition to a positive electrode current collector such as aluminum.

상기 양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 구체적으로는 코발트, 망간, 니켈로부터 선택되는 적어도 1종과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다.As the cathode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. Concretely, at least one of complex oxides of lithium and at least one kind selected from cobalt, manganese and nickel can be used.

상기 전해액은 리튬염 및 비수성 유기 용매를 사용할 수 있다.The electrolyte solution may be a lithium salt and a non-aqueous organic solvent.

상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다. The lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylate lithium, lithium 4-phenylborate, and imide.

상기 비수성 유기 용매로는 N-메틸-2-피롤리돈, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마-부티로 락톤, 1,2-디메톡시에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭사이드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산 메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 술포란, 메틸 술포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리돈, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등이 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, But are not limited to, ricifrcr, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, An ether, a methyl ethyl pyrophosphate, an ethyl propionate, a methyl ethyl ketone derivative, a methyl ethyl ketone derivative, a methyl ethyl ketone derivative, Etc. may be used.

상기 세퍼레이터는 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유, 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해액으로 폴리머 등의 고체 전해액이 사용되는 경우 고체 전해액이 분리막을 겸할 수도 있다.
The separator may be an olefin-based polymer such as polypropylene, which is chemically resistant and hydrophobic; A sheet or a nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like can be used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolytic solution, the solid electrolytic solution may also serve as a separation membrane.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only the preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

(리튬 이차 전지용 인조흑연 (Artificial graphite for lithium secondary batteries 음극재Anode material 제조) Produce)

실시예Example 1 내지 4 1 to 4

침상코크스(회분(ash) 함유량 0.01 중량% 미만)를 제트 밀을 통해 평균입경(D50)이 5㎛인 분말로 분쇄하였다. 상기 침상코크스 분말, 평균입경(D50)이 3㎛인 TiO2 입자, 그리고 석탄계 콜타르 또는 석유계 잔사유를 정제 및 중합하여 제조된 바인더 핏치(40 내지 250 ℃의 연화점을 가지고, 0.1 내지 5 중량%의 퀴놀린 불용분을 함유함)를 혼합하여 혼합 분말을 얻었다. 이때 상기 TiO2 입자는 하기 표 1에서와 같이 각각 침상코크스 및 Ti 원소의 원자비가 100:2 내지 100:10의 범위 내가 되도록 혼합하였다. 또한 상기 바인더 핏치는 상기 침상코크스 100 중량부에 대하여 30 중량부로 혼합되었다.The needle coke (ash content: less than 0.01 wt%) was pulverized through a jet mill into powder having an average particle diameter (D50) of 5 탆. The needle coke powder, the average particle diameter (D50) with this 3㎛ of TiO 2 particles, and coal tar, or petroleum residue purified and polymerized to prepare a binder pitch (softening point of 40 to 250 ℃ a 0.1 to 5% by weight Of quinoline insoluble fraction) were mixed to obtain a mixed powder. At this time, the TiO 2 particles were mixed so that the atomic ratio of the needle-like coke and the Ti element was in the range of 100: 2 to 100: 10 as shown in Table 1 below. The binder pitch was mixed in an amount of 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the needle-like coke.

상기 혼합 분말을 성형 몰드에 충진 후, 프레스 공정을 통해 성형체를 제조하였다. 이때 몰딩 압력은 100 MPa 이상으로 고정하였다.The mixed powder was filled in a molding mold, and a molded body was produced through a pressing process. The molding pressure was fixed at 100 MPa or more.

상기 혼합 분말을 N2 분위기에서 1시간 동안 1300℃에서 열처리하여 탄화물을 얻었다. The mixed powder was heat-treated at 1300 ° C for 1 hour in an N 2 atmosphere to obtain a carbide.

상기 탄화물을 독일 Linn社(LINN HIGH THERM GMBH)의 유도가열방식로에서 Ar 가스 분위기에서 2500℃에서 2 시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하여 흑연화물을 얻었다.The carbide was heat-treated at 2500 ° C for 2 hours in an Ar gas atmosphere in an induction heating furnace of Linn HIGH THERM GMBH, Germany, and then naturally cooled to obtain graphite.

상기 흑연화물을 핀밀과 제트밀 공정을 통해 분쇄하여 입경이 15㎛인 인조흑연을 제조하였다. The graphite was milled through a pin mill and a jet mill process to produce artificial graphite having a particle size of 15 mu m.

비교예Comparative Example 1 One

침상코크스(회분(ash) 함유량 0.01 중량% 미만)를 제트 밀을 통해 평균입경(D50)이 5㎛인 분말로 분쇄하였다. 상기 침상코크스 분말을 N2 분위기에서 1시간 동안 1300℃에서 열처리하여 탄화물을 얻었다. 상기 탄화물을 독일 Linn社(LINN HIGH THERM GMBH)의 유도가열방식로에서 Ar 가스 분위기에서 3000℃에서 2 시간 동안 열처리한 후 자연 냉각하여 흑연화물을 얻었다. 상기 흑연화물을 핀밀 및 제트밀 공정을 통해 분쇄하여 입경이 15㎛인 인조흑연을 제조하였다. The needle coke (ash content: less than 0.01 wt%) was pulverized through a jet mill into powder having an average particle diameter (D50) of 5 탆. The acicular coke powder was heat-treated at 1300 캜 for 1 hour in an N 2 atmosphere to obtain a carbide. The carbide was heat-treated at 3000 DEG C for 2 hours in an Ar gas atmosphere under the induction heating method of Linn HIGH THERM GMBH, Germany, and then naturally cooled to obtain graphite. The graphite was milled through a pin mill and a jet mill process to produce artificial graphite having a particle size of 15 mu m.

비교예Comparative Example 2 2

실시예 1에서 TiO2 입자 대신 평균입경(D50)이 3㎛인 TiC를 사용하고, 이때 상기 TiC 입자는 침상코크스 및 Ti 원소의 원자비가 100:10이 되도록 혼합하고, 3000℃에서 열처리하여 흑연화물을 얻은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 인조흑연을 제조하였다.Example 1 using the TiC 3㎛ the average particle diameter (D50) instead of TiO 2 particles in and, wherein the TiC particles have an atomic ratio of 100 of needle coke and Ti: graphite were mixed such that the cargo 10, and heat-treated at 3000 ℃ , Artificial graphite was produced in the same manner as in Example 1.

코크스:Ti의 원자비Coke: The atomic ratio of Ti 흑연화 온도(℃)Graphitization temperature (캜) 실시예 1Example 1 100:2100: 2 25002500 실시예 2Example 2 100:5100: 5 25002500 실시예 3Example 3 100:7100: 7 25002500 실시예 4Example 4 100:10100: 10 25002500 비교예 1Comparative Example 1 100:0100: 0 30003000 비교예 2Comparative Example 2 100:10100: 10 30003000

평가 1: Rating 1: 침상코크스Needle coke 사진 분석 Photo analysis

도 1은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 침상코크스 괴상의 외관을 나타내는 사진이다. 도 2a 및 도 2b는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 침상코크스의 편광현미경 사진으로서, 각각 200 배율 및 500 배율로 확대한 사진이다.Fig. 1 is a photograph showing the appearance of the acicular coke masses used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Fig. Figs. 2A and 2B are photographs of a polarizing microscope of the needle-shaped coke used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, respectively, at magnifications of 200 magnifications and 500 magnifications.

도 1을 참고하면, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 침상코크스는 석탄계 콜타르 또는 석유계 잔사유의 정제 공정을 통해 불순물 및 분자량과 구조 배향도가 제어되고 이후 코킹 공정을 거쳐 얻어진 것이다.Referring to FIG. 1, the needle coke used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was obtained by controlling impurities, molecular weight and structure orientation degree through a purification process of coal-based coal tar or petroleum residue, followed by a caulking process.

도 2a 및 도 2b를 참고하면, 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조를 위해 사용된 침상코크스는 이방성 조직을 가지고 있음을 알 수 있다. Referring to FIGS. 2A and 2B, it can be seen that the needle-shaped coke used for producing the artificial graphite anode material for a lithium secondary battery has an anisotropic texture.

평가 2: 인조흑연 음극재의 Evaluation 2: Artificial graphite anode material SEMSEM 사진 분석 Photo analysis

도 3a 및 도 3b는 실시예 1에 따른 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 각각 5,000 배율 및 10,000 배율로 확대한 사진이다.FIGS. 3A and 3B are scanning electron microscope (SEM) photographs of artificial graphite anode materials for a lithium secondary battery according to Example 1 at magnifications of 5,000 and 10,000, respectively. FIG.

도 3a 및 도 3b를 참고하면, 실시예 1에서 제조된 인조흑연은 흑연 입자가 조립화되어 있음을 확인할 수 있으며, 입자 내부에는 1차 입자들의 조립화 구조 안에 공극들이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 흑연입자들의 배향이 평행하지 않고 랜덤하게 배향되어 있는 것을 확인할 수 있다. 3A and 3B, it can be seen that graphite particles are assembled in the artificial graphite produced in Example 1, and voids are formed in the granulation structure of the primary particles inside the particles . It is also confirmed that the orientations of the graphite particles are not parallel but randomly oriented.

평가 3: 인조흑연 음극재의 Evaluation 3: Artificial graphite anode material 흑연화도Graphitization degree 분석 analysis

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 인조흑연 음극재의 흑연화도를 평가하기 위해, X-선 회절(XRD) 분석을 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Table 2 shows the results of X-ray diffraction (XRD) analysis in order to evaluate the degree of graphitization of the artificial graphite anode materials produced in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

XRD 분석은 다음과 같은 조건 하에 수행되었다.XRD analysis was performed under the following conditions.

슬릿(slit) 조건: Divergence Silt, Scattering Slit 0.5°, Receiving Slit 0.15mmSlit Condition: Divergence Silt, Scattering Slit 0.5 °, Receiving Slit 0.15mm

X-ray 파장: 1.541838 Å (Cu Kαm)X-ray wavelength: 1.541838 Å (Cu Kαm)

스캔(scan) 조건: 0.02 step, 1°/minScan conditions: 0.02 step, 1 DEG / min

d002(Å)d002 (A) Lc(Å)Lc (A) La(Å)La (A) 실시예 1Example 1 3.3653.365 329 329 807807 실시예 2Example 2 3.441 3.441 723 723 1589 1589 실시예 3Example 3 3.357 3.357 557 557 17351735 실시예 4Example 4 3.357 3.357 590 590 17501750 비교예 1Comparative Example 1 3.366 3.366 343343 612612 비교예 2Comparative Example 2 3.3653.365 346346 780780

상기 표 2에서, d002는 XRD 분석에서 결정면의 간격을 나타내고, Lc 및 La는 XRD 분석에서 격자상수를 나타낸다.In Table 2, d002 represents the interval of crystal planes in XRD analysis, and Lc and La represent lattice constants in XRD analysis.

상기 표 2를 통해, 침상코크스와 미세 금속산화물 입자를 혼합하여 얻어진 실시예 1 내지 4의 인조흑연은 비교예 1과 비교하여 d002 값이 작고 Lc 및 La 값이 대체로 큰 값을 나타내므로, 흑연화도가 증가함을 알 수 있다.As shown in Table 2, artificial graphite of Examples 1 to 4 obtained by mixing acicular coke and fine metal oxide particles had a small d002 value and a large value of Lc and La as compared with Comparative Example 1, Is increased.

또한 실시예 1 내지 4의 경우 2500℃에서 흑연화를 진행하였음에도 불구하고 미세 금속산화물 입자를 사용하지 않은 채 3000℃에서 흑연화를 진행한 비교예 1 대비 높은 흑연화도를 나타내고 있다.In addition, the graphite of Examples 1 to 4 exhibited a higher degree of graphitization than that of Comparative Example 1 in which graphitization was carried out at 3000 ° C without using fine metal oxide particles, even though graphitization proceeded at 2500 ° C.

또한 실시예 1 내지 4를 참고하면, Ti의 원소 첨가량이 증가됨에 따라 흑연화도가 증가됨을 알 수 있다.Also, referring to Examples 1 to 4, it can be seen that the degree of graphitization is increased as the amount of Ti added increases.

또한 비교예 2 의 경우, TiC 촉매를 사용하였음에도 불구하고 촉매를 사용하지 않은 비교예 1과 거의 유사한 결정화도를 가짐을 확인할 수 있다. 이로부터, Ti의 탄화물을 사용한 경우 촉매 흑연화 효과가 거의 없음을 알 수 있으며, 또한 Ti 금속의 경우 탄화물 보다는 산화물 또는 수산화물 형태로 사용하는 것이 촉매 흑연화 효과가 더욱 우수하게 나타남을 알 수 있다.Also, in the case of Comparative Example 2, it can be confirmed that although the TiC catalyst was used, the degree of crystallinity was almost similar to that of Comparative Example 1 in which no catalyst was used. From this, it can be seen that the catalytic graphitization effect is almost not obtained when using the carbide of Ti, and in the case of Ti metal, the catalytic graphitization effect is more excellent when it is used in the oxide or hydroxide form rather than the carbide.

평가 4: 리튬 이차 전지의 용량 및 효율 분석Evaluation 4: Capacity and efficiency analysis of lithium secondary battery

음극 활물질로서 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 인조흑연 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)를 95:5의 중량비로 N-메틸피롤리돈(NMP) 용매에 첨가하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 구리 호일에 도포 및 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 음극을 제조하였다. 상기 음극과, 이의 대극으로 리튬 금속을 사용하고, 폴리에틸렌 재질의 세퍼레이터를 사용하여 코인 하프 셀을 제작하였다. 이때 전해액 조성은 에틸렌카보네이(EC) 및 디메틸카보네이트(DMC)를 3:7의 부피비로 혼합된 용매에 LiPF6이 용해된 것을 사용하였다.Artificial graphite and polyvinylidene fluoride (PVdF) prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 as negative electrode active materials were added to N-methylpyrrolidone (NMP) solvent at a weight ratio of 95: 5 to prepare a slurry . The slurry was applied to a copper foil, dried, and roll pressed to produce a negative electrode. A coin half cell was fabricated using the negative electrode and a lithium metal as its counter electrode and using a separator made of polyethylene. At this time, the electrolytic solution composition was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 3: 7.

상기 셀을 다음과 같은 조건으로 충전 및 방전을 진행하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. The cells were charged and discharged under the following conditions, and the results are shown in Table 3 below.

충전: 0.1C-rate, CC/CV 모드, 0.01V/0.01C 컷 오프Charging: 0.1C-rate, CC / CV mode, 0.01V / 0.01C cutoff

방전: 0.1C-rate, CC 모드, 1.5V 컷 오프Discharge: 0.1C-rate, CC mode, 1.5V cut-off

초기 충전 용량(mAh/g)Initial charge capacity (mAh / g) 초기 방전 용량(mAh/g)Initial discharge capacity (mAh / g) 충방전 효율(%)Charging / discharging efficiency (%) 실시예 1Example 1 361.3361.3 326.5326.5 90.490.4 실시예 2Example 2 374.5 374.5 344.7 344.7 92.0 92.0 실시예 3Example 3 382.3382.3 353.6353.6 92.592.5 실시예 4Example 4 383383 350.5350.5 91.591.5 비교예 1Comparative Example 1 356.2356.2 303.7303.7 85.385.3 비교예 2Comparative Example 2 350.2350.2 300.2300.2 85.785.7

상기 표 3에서, 충방전 효율(%)은 초기 충전 용량 대비 초기 방전 용량의 백분율로 얻어진다.In Table 3, the charge-discharge efficiency (%) is obtained as a percentage of the initial charge capacity versus the initial charge capacity.

상기 표 3을 통하여, 침상코크스와 미세 금속산화물 입자를 함께 혼합하여 얻어진 인조흑연을 리튬 이차 전지용 음극재로 사용한 실시예 1 내지 4의 경우 고용량을 확보할 수 있음을 알 수 있다.From Table 3, it can be seen that Examples 1 to 4, in which artificial graphite obtained by mixing needle-like coke and fine metal oxide particles together as an anode material for a lithium secondary battery, can secure a high capacity.

또한 실시예 1 내지 4를 참고하면, Ti 원소 첨가량이 많아짐에 따라 흑연화도가 증가되고 그에 따라 충방전 용량 또한 증가됨을 알 수 있다. Also, referring to Examples 1 to 4, it can be seen that as the amount of addition of Ti element increases, the degree of graphitization increases and thus the charge / discharge capacity increases.

촉매를 사용하지 않은 비교예 1과 TiC를 촉매로 사용한 비교예 2의 경우, 실시예 1 내지 4에 비해 더 높은 온도에서 흑연화 되었음에도 불구하고 방전 용량 및 충방전 효율이 더 낮음을 알 수 있다.In Comparative Example 1 in which no catalyst was used and Comparative Example 2 in which TiC was used as a catalyst, the discharge capacity and the charge / discharge efficiency were lower than those of Examples 1 to 4 despite the graphitization at a higher temperature.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

Claims (18)

코크스 및 미세 입자를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계;
상기 혼합물을 제1 열처리하여 탄화물을 얻는 단계; 및
상기 탄화물을 2500 내지 2800 ℃의 온도에서 제2 열처리하여 흑연화물을 얻는 단계를 포함하고,
상기 미세 입자는 금속 산화물, 금속 수산화물 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 금속은 Ti, Ni, Al, Si, W 또는 이들의 조합을 포함하는
리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
Mixing the coke and the fine particles to obtain a mixture;
Subjecting the mixture to a first heat treatment to obtain a carbide; And
And subjecting the carbide to a second heat treatment at a temperature of 2500 to 2800 ° C to obtain graphite,
Wherein the microparticles comprise a metal oxide, a metal hydroxide, or a combination thereof, wherein the metal comprises Ti, Ni, Al, Si, W,
Method for manufacturing artificial graphite anode material for lithium secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 코크스는 회분(ash)을 0.01 중량% 미만으로 포함하는 침상코크스를 포함하는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the coke comprises an acicular coke containing less than 0.01% by weight of ash.
제1항에 있어서,
상기 코크스의 평균입경(D50)은 1 내지 15 ㎛인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the average particle diameter (D50) of the coke is 1 to 15 mu m.
제1항에 있어서,
상기 미세 입자의 평균입경(D50)은 1 내지 45 ㎛ 인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fine particles have an average particle diameter (D50) of 1 to 45 mu m.
제1항에 있어서,
상기 미세 입자는 NiO, Ni2O3, NiOOH, Ni(OH)2, 커런덤(corundum)(Al2O3), 다이어스포어(diaspore)(α-AlO(OH)), 베마이트(boehmite)(γ-AlO(OH)), 아크알라아이트(akdalaite)(5Al2O3·H2O), 깁사이트(gibbsite)(γ-Al(OH)3 + α-Al(OH)3), 바이어라이트(bayerite)(α-Al(OH)3 + β-Al(OH)3), Ti2O3, TiO2, TiO(OH)2, SiO2, Si(OH)4, Si2O(OH)6, Si3O2(OH)8, Si4O3(OH)10, WO2 , WO3 , H2WO4 , (NH4)10[H2W12O42]·4H2O 또는 이들의 조합을 포함하는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The fine particles may be selected from the group consisting of NiO, Ni 2 O 3 , NiOOH, Ni (OH) 2 , corundum (Al 2 O 3 ), diaspore (α-AlO γ-AlO (OH)), arc Ala child agent (akdalaite) (5Al 2 O 3 · H 2 O), gibbsite (gibbsite) (γ-Al ( OH) 3 + α-Al (OH) 3), via Light (bayerite) (α-Al ( OH) 3 + β-Al (OH) 3), Ti 2 O 3, TiO 2, TiO (OH) 2, SiO 2, Si (OH) 4, Si 2 O (OH ) 6, Si 3 O 2 ( OH) 8, Si 4 O 3 (OH) 10, WO 2, WO 3, H 2 WO 4, (NH 4) 10 [H 2 W 12 O 42] · 4H 2 O or And a combination thereof. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 미세 입자는 상기 코크스 및 상기 미세 입자에 함유된 금속 원소의 원자비가 100:1 내지 100:30이 되도록 혼합되는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fine particles are mixed such that the atomic ratio of the coke and the metal element contained in the fine particles is 100: 1 to 100: 30.
제1항에 있어서,
상기 혼합물은 바인더 핏치를 더 혼합하여 얻어지는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixture is obtained by further mixing a binder pitch.
제7항에 있어서,
상기 바인더 핏치는 40 내지 250 ℃의 연화점을 가지고, 퀴놀린 불용분이 0.1 내지 5 중량% 함유된 것인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the binder pitch has a softening point of 40 to 250 캜 and a quinoline insoluble content of 0.1 to 5% by weight.
제7항에 있어서,
상기 바인더 핏치는 상기 코크스 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 혼합되는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the binder pitch is 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the coke.
제1항에 있어서,
상기 혼합물을 제1 열처리하기 전,
상기 혼합물을 성형하는 단계
를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Before the first heat treatment of the mixture,
Molding the mixture
Wherein the graphite negative electrode material is a graphite negative electrode material.
제1항에 있어서,
상기 제1 열처리는 800 내지 1500 ℃의 온도에서 수행되는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first heat treatment is performed at a temperature of 800 to 1500 ° C.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 흑연화물을 얻은 이후,
상기 흑연화물을 분쇄하여 분쇄물을 얻는 단계
를 더 포함하는 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
The method according to claim 1,
After obtaining the graphite,
And crushing the graphite to obtain a pulverized product
Wherein the graphite negative electrode material is a graphite negative electrode material.
제13항에 있어서,
상기 분쇄물의 평균입경(D50)은 7 내지 50 ㎛ 인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the average particle size (D50) of the pulverized product is 7 to 50 占 퐉.
제1항 내지 제11항, 제13항, 및 제14항 중 어느 한 항의 제조 방법으로 제조된 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재.
An artificial graphite anode material for a lithium secondary battery produced by the method of any one of claims 1 to 11, 13, and 14.
제15항에 있어서,
상기 인조흑연 음극재의 결정면의 간격 d002는 3.354 내지 3.365 Å 인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재.
16. The method of claim 15,
Wherein an interval d002 of crystal faces of the artificial graphite anode material is 3.354 to 3.365 angstroms.
제15항에 있어서,
상기 인조흑연 음극재의 격자상수 Lc는 200 내지 1000 Å 인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재.
16. The method of claim 15,
Wherein the artificial graphite anode material has a lattice constant Lc of 200 to 1000 ANGSTROM.
제15항에 있어서,
상기 인조흑연 음극재의 격자상수 La는 700 내지 2000 Å 인 리튬 이차 전지용 인조흑연 음극재.
16. The method of claim 15,
Wherein the artificial graphite anode material has a lattice constant La of 700 to 2000 ANGSTROM.
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